岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (2): 507-519.doi: 10.16285/j.rsm.2022.0410

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

估算异性岩石不连续面峰值剪切强度的经验公式

张志飞1,黄曼2, 3,唐志成1   

  1. 1. 中国地质大学(武汉) 工程学院,湖北 武汉 430074;2. 绍兴文理学院 土木工程学院,浙江 绍兴 312000; 3. 绍兴文理学院 浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室,浙江 绍兴 312000
  • 收稿日期:2022-03-31 接受日期:2022-06-30 出版日期:2023-02-10 发布日期:2023-02-17
  • 通讯作者: 唐志成,男,1983年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩石力学方面的教学科研工作。E-mail: zctang@cug.edu.cn E-mail:zhangzhifei@cug.edu.cn
  • 作者简介:张志飞,男,1994年生,博士研究生,主要从事岩石节理剪切力学性质的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 42177165,No. 41672302,No. 41572299);浙江省重点研发计划项目(No. 2019C03104)。

Empirical criterion for evaluating the peak shear strength of discontinuity with different joint wall strengths

ZHANG Zhi-fei1, HUANG Man2, 3, TANG Zhi-cheng1   

  1. 1. Faculty of Engineering, China University of Geosciences, Wuhan, Hubei 430074, China; 2. School of Civil Engineering, Shaoxing University, Shaoxing, Zhejiang 312000, China; 3. Key Laboratory of Rock Mechanics and Geohazards of Zhejiang Province, Shaoxing University, Shaoxing, Zhejiang 312000, China
  • Received:2022-03-31 Accepted:2022-06-30 Online:2023-02-10 Published:2023-02-17
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (42177165, 41672302, 41572299) and the Key Research and Development Projects of Zhejiang Province (2019C03104).

摘要: 长江三峡库区广泛发育着两侧岩性不同的不连续面(称为异性不连续面),研究其峰值剪切强度可为相关岩体的稳定性分析和评价提供理论依据。采用高强石膏浇注3组不同形貌且上、下壁面强度不同的不连续面试件,并在不同常法向应力下进行剪切试验。引入不连续面壁组合系数 λ 来综合量化不连续面壁的抗压强度和基本摩擦角对异性不连续面峰值剪切强度的影响,λ 越小,上、下不连续面壁强度差异越大。异性不连续面的峰值剪切强度随λ 的增加呈非线性增加,且在高法向应力下更为显著。在Barton公式的基础上,通过多元回归分析建立了估算异性不连续面峰值剪切强度的经验公式。采用天然和人工锯齿形异性不连续面的直剪试验结果对新公式做了进一步验证,试验剪切强度与新公式预测值吻合较好。简要分析了新公式在软硬互层岩质边坡稳定性评价中的应用。最后,讨论了Wu公式的适用性以及新公式的优点和不足。

关键词: 异性岩石不连续面, 剪切强度准则, 不连续面壁组合系数

Abstract:

Discontinuities with different rock types are widely distributed on the Three Gorges reservoir area of Yangtze River, and the study of their peak shear strengths can provide a theoretical basis for the stability analysis and evaluation of rock masses. Three groups of rock-like specimens with different surface morphologies and upper and lower joint wall strengths were cast by high-strength gypsum, and then directly sheared under different constant normal stresses. The joint wall strength combination coefficient (λ ) is introduced to quantify the comprehensive influence of the compressive strength and basic friction angle of the discontinuity wall on the peak shear strength of discontinuities with different joint wall strengths. The smaller λ is, the greater the strength difference between the upper and lower discontinuity wall is. The peak shear strength of rock discontinuities with different joint wall strengths increases non-linearly with increasing λ , which is more significant at higher normal stress. Based on Barton criterion, an empirical criterion for estimating the peak shear strength of discontinuities with different joint wall strengths has been established by multiple regression analysis. The new criterion is further verified by the direct shear test results of the natural and artificial tooth-shaped discontinuities with different joint wall strengths, and tested shear strengths are in good agreement with predicted values by the new criterion. The application of the new criterion in the stability evaluation of soft and hard inter-bedded rock slopes is briefly analyzed. Finally, the applicability of Wu’s equation and the advantages and disadvantages of the new criterion are discussed.

Key words: rock discontinuity with different joint wall strengths, shear strength criterion, joint wall strength combination coefficient

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